Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Экологические основы природопользования на водном транспорте. Учебное пособие
.pdf
Механическое загрязнение характеризуется наличием твёрдых веществ,
оказывающих лишь механическое загрязнение среды без физико-химических
последствий.
Физическое загрязнение — это изменение физических параметров среды.
В зависимости от этого оно подразделяется на: тепловое, световое, радиоактивное, шумовое и электромагнитное
При химическом загрязнении загрязнителями являются газообразные и
жидкие химические соединения. Главными источниками ввода в ОС остаточных продуктов является:
— энергетика около(45%);
— промышленность более (10%);
— сельское хозяйство около (40%);
— коммунально-бытовое более (5%).
Многие загрязнители биосферы распространяются на большие расстояния, тем самым, усугубляя глобальный характер загрязнения ОС. Вероятность
распространения загрязнителей определяются их количеством, временем жизни
этих веществ и продуктов их превращения. При оценке влияния загрязнителей
на природные компоненты принимают во внимание их токсичность. Серьезное
внимание уделяется изучению влияния на природу и человека таких загрязнителей, как пестициды, тяжелые металлы, радиоактивные вещества, диоксид серы, диоксид и оксид азота и др.
Пестициды — это та “ядовитая приправа”, которую человечество вносит
в окружающую среду преднамеренно. Пестициды называют “троянским конем”
современной цивилизации. Все пестициды очень токсичны, весьма устойчивы к
воздействию ОС, а многие из них являются канцерогенами.
Проблема радиации и поведения радиоактивных веществ в биосфере
волнующих человечество. Накопление искусственных радиоактивных веществ
в биосфере, привело к ситуации, когда радиоактивное загрязнение пришлось
рассматривать, как новый фактор, нарушающий глобальное экологическое равновесие.
Тяжелые металлы несут особую опасность среди химических загряз!
опасны своей способностью легко, накапливаться в организме и нарушать ОС.
Но самое главное — они быстро меняют свою химическую формулу и практически поддаются биологическому разложению.
Загрязнение атмосферы диоксиды и оксидом углерода, диоксидом и ок-
сидами азота является причиной развития глобальных экологических проблем
как глобальное изменение климата, кислотные дожди.
51
Проблема загрязнения ОС приобрела планетарный характер. Ядовитые
отходы современного промышленного производства загрязняют океан, атмосферу, почву, подрывают саму возможность существования цивилизации.
3.3 Загрязнение атмосферы парниковыми газами
Под парниковым эффектом понимают повышение глобальной температуры планеты в результате изменения теплового баланса, обусловленного
накоплением парниковых газов в атмосфере.
Сущность парникового эффекта заключается в следующем. Приходящая
от Солнца энергия в виде солнечной радиации рассеивается, отражается и поглощается земной атмосферой, и до поверхности планеты доходит лишь 1/4 ее
часть. Причем, видимая часть спектра проходит через атмосферу без задержки,
а длинноволновое инфракрасное (тепловое) излучение частично удерживается в
ней. Отраженная от поверхности Земли часть инфракрасного излучения в свою
очередь аккумулируется в атмосфере. Таким образом, создается эффект естественного парника, повышается температура атмосферы и поверхности Земли.
Термин «парниковый эффект» впервые был введен шведским ученым
Сванте Аррениусом около 100 лет назад, который сопоставил происходящие в
атмосфере процессы с явлениями сохранения тепла в стеклянном парнике.
Известно, что азот и кислород, составляющие почти 99 % атмосферы, не
поглощают инфракрасное излучение. Улавливают тепловые лучи так называемые парниковые газы.
Основными парниковыми газами являются:
- диоксид углерода (СО2), вклад которого в парниковый эффект, по раз-
ным данным, составляет 50–65 %. Основными источниками появления диоксида углерода в атмосфере являются промышленные предприятия, работающие
на ископаемом топливе (уголь, нефть, метан и др.). В настоящее время только
от теплоэнергетики в атмосферу поступает около 1 т диоксида углерода на человека в год; по прогнозам в первой половине ХХI столетия выброс достигнет
10 млрд. т. Доли некоторых государств в глобальном выбросе СО2 таковы:
США — 22 %, Россия и Китай — по 11 %, Германия и Япония — по 5 %,
остальные страны — около 46 %;
— метан (СH4) — около 20 %. Основная природная причина образования метана – деятельность особых бактерий, разлагающих в анаэробных условиях (без доступа кислорода) углеводы. Это происходит, прежде всего, на болотах и в пищеварительном тракте животных. Метан образуется в кучах ком-
52
поста, на свалках, рисовых полях (везде, где вода и грязь изолируют остатки
растений от доступа воздуха), а также выделяется при добыче ископаемого
топлива;
— оксиды азота (NхOу) — примерно 5 %. Образуется при производстве
удобрений, сжигании ископаемого топлива, сельскохозяйственном возделывании земли;
— хлорфторуглероды (или фреоны) и родственные газы обеспечивают
около 10–25 % парникового эффекта. Основные источники — использование в
качестве хладагентов, растворителей, вспенивателей, основы аэрозолей при
пожаротушении;
— гексафторид серы (SF6) — выбросы этого газа, характерные для производства электроники и изоляционных материалов, пока не велики, но объемы
постоянно возрастают.
Вследствие парникового эффекта среднегодовая температура на Земле за
последнее столетие повысилась на 0,3–0,6 С. В настоящее время увеличение
концентрации СО2 происходит примерно со скоростью 0,3–0,5 % в год. Увели-
чивается содержание и других парниковых газов: метана — на 1 %, оксидов
азота — на 0,2 % в год. По разным источникам, удвоение содержания парниковых газов, которое может произойти во второй половине текущего века, вызо-
вет повышение среднегодовой температуры планеты на 1–3,5 С.
Глобальное потепление климата и обусловленное им повышение уровня
Мирового океана многими учеными рассматривается как величайшая катастрофа для биосферы в целом:
1. В случае повышения уровня океана на 1,5–2 м под затопление попадает
около 5 млн. км2 земель, где проживает около 1 млрд. человек и собирается почти треть урожая многих сельскохозяйственных культур. Вынужденные переселения народов вглубь материков чреваты военными конфликтами и социальными потрясениями.
2. Потепление климата обернется увеличением степени неустойчивости
погоды, смещением границ природных зон, ростом числа штормов и ураганов,
ускорением темпов вымирания животных и растений. Следствием этого, очевидно, явится резкое обострение продовольственной проблемы.
3. Уменьшение различий температуры на полюсах и экваторе (в основном
за счет более сильного потепления полюсов) вызовет, в свою очередь, подтаивание вечномерзлых почв (таковых в РФ около 2 млн. км2) и высвобождение из
них огромных количеств метана, что усилит парниковый эффект.
53
4. Изменение климата окажет негативное влияние на здоровье людей как
вследствие усиления теплового стресса в южных районах, так и из-за распространения многих видов заболеваний.
Изложенное дало основание Международной конференции по проблемам
изменения климата (Торонто, 1979) заявить, что «…конечные последствия парникового эффекта могут сравниваться только с глобальной ядерной войной».
На конференции ООН в Киото (Япония) в 1997 г. правительствами большинства стран мира был подписан Киотский протокол — международное соглашение о контроле за выбросами парниковых газов, предусматривающее, в том
числе создание экономического механизма снижения выбросов — торговлю
квотами.
3.4 Истощение озонового слоя
Общее количество озона в атмосфере не велико, тем не менее, озон —
один из наиболее важных ее компонентов. Благодаря ему, смертоносная ультрафиолетовая солнечная радиация в слое между 15 и 40 км над земной поверхностью ослабляется примерно в 6500 раз.
В последние годы наблюдается устойчивая тенденция снижения содержания озона в стратосфере. По разным оценкам в средних и высоких широтах
северного полушария такое уменьшение составило 2–10 %.
Наиболее значительная потеря озона регистрируется над Антарктидой,
где его содержание в озоновом слое за последние 30 лет уменьшилось на 40–
50 %. Пространство, в пределах которого регистрируется заметное уменьшение
концентрации озона, получило название «озоновой дыры». В настоящее время
«озоновая дыра» вышла за пределы континента и по размерам (10 млн. км2)
превышает площадь США.
Меньшая по размерам «дыра» наблюдается и над Арктикой. Отмечается
появление т.н. «блуждающих дыр» площадью от 10 до 100 тыс. км2 в других
регионах, где потери озона достигают 20–40 % от нормального уровня (около
0,06 мг/м3). Так, по данным Всемирной метеорологической организации зимойвесной 2010–2011 гг. в Арктике количество озона в атмосфере сократилось на
рекордную цифру — 40 %. По данным озонометрической сети Росгидромета, в
этот же период к концу зимы в арктических широтах РФ общее содержание
озона оказалось на 30–40 % ниже средних многолетних значений. В начале апреля 2011 г. в Восточной Сибири и на западе Якутии также наблюдалось значительное уменьшение содержания озона в столбе атмосферы.
54
Из-за уменьшения концентрации озона только на 1 % происходит увели-
чение интенсивности ультрафиолетового излучения у поверхности Земли на
15 %. В свою очередь, это, согласно официальным данным ООН, приводит к
появлению в мире 100 тыс. новых случаев катаракты и 10 тыс. случаев рака кожи, а также снижению иммунитета, как у человека, так и у животных.
Помимо ухудшения здоровья, истощение озонового слоя способствует
усилению «парникового эффекта», снижению урожайности, деградации почв,
общему загрязнению окружающей среды. Проникновение через «озоновые дыры» солнечных рентгеновских и ультрафиолетовых лучей, энергия фотонов которых превышает энергию лучей видимого спектра в 50–100 раз, увеличивает
число мощных лесных пожаров. В 1996 г. в России сгорело 2 млн. га лесов, в
2002 г.— более 1 млн. га.
Основным антропогенным фактором, разрушающим озон, считают
фреоны (хладоны), которые широко используются как газы–носители в различного рода аэрозольных баллончиках, холодильных установках и т.п. Будучи
чрезвычайно инертными, фреоны минуют тропосферу без изменений. Только в
стратосфере они подвергаются фотохимическому разложению по радикальному
механизму, например:
CFCl3 + hν → CFCl2 + Cl;
Cl + O3 → ClO + O2;
ClO + O → Cl + O2;
Cl + 2O → Cl + O2.
Образовавшиеся активные атомы хлора включаются в циклический процесс разрушения озона. В результате этих реакций молекулы озона (O3) превращаются в молекулы кислорода (O2), причем исходные атомы хлора остаются
в свободном состоянии и снова участвуют в этом процессе (каждая молекула
хлора разрушает миллион молекул озона до того, как они удалятся из атмосферы под действием других химических реакций).
Фреоны способны находиться в атмосфере, не разрушаясь 70–100 лет, поэтому они всегда достигают озонового слоя и разрушают его. До недавнего
времени в мире производилось около 1,3 млн. т озоноразрушающих веществ.
Почти 35 % производимого объема приходилось на США, 40 % – на страны Европы, 10–12 % — Японию, 7–10 % – Россию.
Из других техногенных причин разрушения озонового слоя называют
уничтожение лесов как основных поставщиков кислорода в атмосферу, ядерные взрывы в атмосфере, крупные пожары и другие явления, сопровождающи-
55
еся поступлением в верхние слои атмосферы оксидов азота и некоторых углеводородов. При этом протекают следующие процессы:
NO+Оз → NO2+O2;
NO2+O3 → NO3+O2;
NO2+O3 → N2O5.
Уничтожают озон полеты сверхзвуковых самолетов в стратосфере, запуски космических ракет. Только один запуск авиакосмической системы «Шаттл»
приводит к потерям 10 млн. т озона. 300 таких запусков в год — и практически
весь озон будет уничтожен.
Высказано предположение о существенном вкладе ряда природных явлений в процессы разрушения озона и возникновения «озоновых дыр». К таковым
относятся, например, 11-летние циклы солнечной активности, выход озоноразрушающих газов (водород, метан) из разломов земной коры, наличие своеобразных восходящих вихрей над Антарктидой, способствующих рассеиванию
озона в стратосфере.
В 1987 г. на международной встрече в Монреале 98 стран мира заключили соглашение (Монреальский протокол) о постепенном прекращении производства хлорфторуглеродов и запрещении выбросов их в атмосферу. В 1990 г.
на новой встрече в Лондоне ограничения были ужесточены — около 60 стран
подписали дополнительный протокол с требованиями полностью прекратить
производство хлорфторуглеродов к 2000 г. К сожалению, этот протокол по ряду
экономических и технологических причин во многих странах выполняется не в
полной мере, в том числе и в РФ.
3.5 Кислотные осадки
Термин «кислотные осадки» появился в Англии в 1872 г. Однако исследованиями этого вопроса стали вплотную заниматься в XX веке. Первыми ощутили опасность скандинавские страны, в которые из-за господствующей розы
ветров происходил перенос воздушных масс, загрязненных выбросами, из всего
западноевропейского региона.
В последние 15–20 лет проблема кислотных осадков (дождей) (рН < 5,0)
приобрела глобальный характер. При сжигании различных видов топлив, а
также с выбросами различных предприятий в атмосферу поступает значительное количество оксидов серы и азота. При взаимодействии их с атмосферной
влагой образуются азотная и серная кислоты. К ним примешиваются органиче-
56
ские кислоты и некоторые другие соединения, что в сумме дает раствор с кислой реакцией. Согласно расчетам, доля диоксида серы в образовании кислых
осадков составляет около 70 %. Общее количество выбросов SO2 и NO2 в мире
ежегодно составляет более 250 млн. т. В пересчете на душу населения количество выбросов (кг/год): в Дании — 4, Англии — 32, Польше — 55, Австрии — 8,
Германии — 160, Италии — 20, Швеции — 6.
Появлению кислых осадков способствует также СО2, из-за его постоянного присутствия в атмосфере нормальным является рН осадков 5,6.
В дальнейшем кислоты выпадают на поверхность суши или водоемов в
виде кислотных дождей или иных атмосферных осадков. Отмечены случаи выпадения осадков с рН 2,2–2,3, что соответствует кислотности уксуса.
В России очаги образования кислых осадков приходятся на Кольский полуостров, Норильск, Челябинск, Красноярск и другие районы. В наши дни в
Санкт-Петербурге рН дождя колеблется от 4,8 до 3,7, в Красноярске — от 4,9
до 3,8, в Казани — от 4,8 до 3,3. В городах до 70–90 % загрязнений атмосферы,
в том числе и способствующих образованию кислых осадков, поставляет автотранспорт. Кислотные осадки обладают способностью переноситься ветром на
огромные расстояния.
Кислые осадки снижают активность редуцентов, азотофиксаторов и других организмов почвенной среды. При рН, равном 5 и ниже, в почвах резко возрастает растворимость минералов; из них высвобождается алюминий, который
в свободной форме ядовит. Кислые осадки также повышают подвижность тяжелых металлов (кадмия, свинца, ртути). В ряде мест кислые осадки и продукты их действия (алюминий, тяжелые металлы, нитраты и др.) проникают в
грунтовые воды, а затем в водоемы и водопроводную сеть, ухудшая качество
питьевой воды.
Действие кислых осадков на водные экосистемы весьма многообразно.
Попадая в водные источники, они повышают кислотность и жесткость воды.
При рН ниже 6 сильно подавляется деятельность ферментов, гормонов и других
биологически активных веществ, от которых зависит рост и развитие организмов. Особенно отрицательно действие проявляется на молоди. В 1959 г. было
сделано предположение о том, что сокращение улова рыбы возникает из-за
подкисления воды. В 1967 г. шведские ученые установили причину повышения
кислотности воды в скандинавских озерах: выпадение кислотных дождей, образовавшихся в атмосферных фронтах, загрязненных над Европой и пришедших в
Скандинавию. В настоящее время почти 20 % рек и озер Швеции, Норвегии и
Канады потеряли более половины обитающих в них организмов. Так, в Швеции
в 14 тысячах озер уничтожены наиболее чувствительные виды, а 2200 озер фак-
57
тически безжизненны. Около 1000 озер в США заметно подкислено, а более 3
тысяч имеют кислотность, неблагоприятную для многих обитателей. Многие
тысячи озер на Земле уже практически лишились своих обитателей.
Кислые осадки способствует вымыванию из растений биогенов (особенно
кальция, магния и калия), сахаров, белков, аминокислот. Кислые осадки повреждают защитные ткани, увеличивают вероятность проникновения через них патогенных бактерий и грибов, способствуют вспышкам численности насекомых.
Такие воздействия имеют конечным результатом снижение фитоценозами продуктивности, а нередко и их массовую гибель.
Накоплено много данных об отрицательном влиянии кислых осадков на
растения через почву, прежде всего, в результате увеличения подвижности
алюминия и тяжелых металлов. Свободный алюминий повреждает молодые
корни, создает очаги для проникновения в них инфекции, а также вызывает
преждевременное старение деревьев (болезнь Альцгеймера). Особенно сильно
повреждаются хвойные леса, что в первую очередь связано с большой продолжительностью жизни их хвои (4–6 лет), обусловливающей накопление в ней
относительно больших концентраций токсикантов.
Влияние кислотных осадков сказывается на состоянии техногенных объектов, памятников культуры и т.д.: разрушается мрамор, известняк и другие облицовочные камни, срок службы железобетонных конструкций снижается в несколько раз.
3.6 Загрязнение природных вод
Одной из глобальных угроз современного развития является нарастающий дефицит водных ресурсов. Человечество практически полностью зависит
от поверхностных вод суши — рек и озер. Эта ничтожная часть водных ресурсов (0,016 %) подвергается наиболее интенсивному воздействию. Вода рек и
озер покрывает потребности человечества в питьевой воде, используется на
орошение в сельском хозяйстве, в промышленности, служит для охлаждения в
атомных и тепловых электростанциях.
Согласно данным ООН, около 700 млн. человек в 43 странах живут в
условиях нехватки пресной воды, примерно 1/6 населения Земли не имеет доступа к чистой питьевой воде, а 1/3 — к воде для бытовых нужд. Об угрозе нехватки водных ресурсов говорится в Стратегии национальной безопасности
Российской Федерации до 2020 г., утвержденной Указом Президента РФ от
12.05.2009 № 537.
Основными угрозами безопасности объектов водопользования являются:
58
— загрязнение водных объектов (отвалы руд и минерализованных пород
горнодобывающих предприятий, скотомогильники, отходы производства, ливневые и талые воды, вырубка лесов, распашка земель, застройка жилыми и
промышленными объектами, сточные воды предприятий жилищнокоммунального хозяйства (ЖКХ), бесхозные гидрогеологические скважины);
— истощение водных объектов (расточительное водопользование, устаревшие водоемкие производственные технологии, большие потери воды при ее
транспортировке и использовании для нужд промышленности и ЖКХ, нарушения режимов эксплуатации водозаборов).
Загрязнение водоемов происходит не только отходами промышленного
производства, но и попадающими в водоемы с полей органическими веществами, минеральными удобрениями, пестицидами, применяемыми в сельском хозяйстве.
При разложении органики затрачивается кислород, в связи с этим его содержание в воде снижается, и многие животные гибнут. Минеральные удобрения вызывают бурное развитие водорослей, приводящих зачастую к ухудшению качества воды и исчезновению наиболее ценных видов рыб. Многие пестициды обладают высокой устойчивостью и накапливаются в тканях организмах. При этом в организмах каждого следующего трофического уровня их содержание повышается в несколько раз, а иногда в десятки раз.
Научные открытия и развитие физико–химических технологий в XX столетии привели к появлению искусственных источников радиации, представляющих потенциальную опасность для человечества и всей биосферы.
Морские воды также подвергаются загрязнению. С реками и стоками
прибрежных промышленных и сельскохозяйственных предприятий ежегодно
выносятся в моря миллионы тонн химических отходов, а с коммунальными
стоками и органические соединения. Из-за аварий танкеров и нефтедобывающих установок в океан попадает по разным источникам не менее 5 млн. тонн
нефти в год, вызывая гибель многих видов животных, морских птиц. Опасение
вызывают захоронения ядерных отходов на дне морей, затонувшие корабли с
ядерными реакторами и ядерным оружием на борту.
3.7 Уничтожение и деградация лесов
По данным ООН, площадь лесов планеты («легких» Земли) сокращается
ежегодно на 25 млн. га (половина территории Франции), что составляет около
1 % лесистой суши Земли. Так, площадь тропического леса Южной Америки
сокращается с каждым годом, что грозит обернуться в перспективе глобальной
59
экологической катастрофой. Леса Амазонки, занимавшие еще в 1980 году площадь около 7 млн. км2, интенсивно выжигают. Тропические леса, покрывающие
почти 7 % земной поверхности в экваториальных районах и вносящие огромный вклад в обогащение атмосферы Земли кислородом и, напротив, в поглощение диоксида углерода, уничтожаются со скоростью 10 млн. га в год.
Промышленными выбросами поражено 30 % лесов Австрии, 50 % лесов
Германии, леса Чехии, Словакии, Польши. Леса Скандинавских стран сильно
пострадали от кислотных дождей, виновниками образования которых являются
другие европейские страны. Деградируют канадские леса от загрязнений, переносимых из США: до 70–80 % деревьев, произрастающих, в частности, в кленовых лесах. В России ежегодно вырубается 1,8 млн. га и, кроме того, более
миллиона гектаров лесных угодий гибнет или повреждается вредными промышленными выбросами, а также в результате пожаров.
Значительные объемы лесов поражаются в результате совместного действия традиционных загрязнителей (SO2, NO2) и озона. Приземный озон является в основном продуктом фотохимического смога. В его присутствии интенсивно разрушается хлорофилл, причем как в результате прямого влияния, так и
через ускорение расходования витамина С, который защищает хлорофилл от
окисления.
Уничтожение лесов ведет к снижению порога устойчивости биосферы,
увеличению силы наводнений, селей, водной эрозии, пыльных бурь, засух и суховеев, ускорению процессов опустынивания. Ежедневно на планете вымирает
один – два вида диких растений, при этом следует помнить, что только один
вид растений обеспечивает существование в среднем 11 видов животных, а в
тропических лесах — даже 20 видов. Следовательно, с обезлесением ландшафтов сокращается генетическое разнообразие экологических систем, постепенно
уничтожается живое вещество биосферы.
3.8 Энергетическая проблема
Потребность в энергии является одним из основных жизненных потребностей человека. Энергия нужна как для нормальной деятельности современного человеческого общества, так и для простого физического существования
каждого человека. В конце XX-го начале XXI столетия электроэнергию главным образом получают на гидроэлектростанциях, тепловых и атомных стациях.
С получением энергии на энергетических предприятиях связаны сложные экологические проблемы. Например, многие десятилетия считали, что гидроэлек-
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]